산소한계지수 LOI에 대해 알아보자.

한계산소지수(LOI)란 무엇인가?

가. 한계산소지수(LOI)에 대한 용어 정의

한계산소지수(Limited Oxygen Index)란 시료가 발화되어 열원을 제거 하였을 때 3분간 꺼지지 않고 연소하는데 필요한 공기 중의 최소 산소부피(%) 함량을 말한다. 간단히 설명하자면, 재료가 연소를 지속하는데 필요한 최저한의 산소 체적분율(%)을 말한다. 경우에 따라 산소한계지수 또는 최소산소지수라고 부르는 경우도 있지만, 정확한 용어는 한계산소지수(LOI)가 맞다.

 

나. 한계산소지수 측정 방법

한계산소지수는 어떻게 측정하는지 이전의 연소방지설비의 화재안전기준을 통해 한계산소지수 측정 방법을 알아보자. 측정하고자 하는 시료를 두께 3mm, 가로 6mm, 세로 150mm의 크기로 제작한다. 온도가 50℃ ± 2℃인 항온 건조기에서 24시간 건조한 후 실리카겔을 넣은 데시케이터 안에 2시간 동안 넣어둔다. 시료를 수직으로 세워놓은 상태에서 가장 윗부분에 열원을 적용하여 착화한다. 해당 시료의 연소시간이 3분간 지속되거나 또는 착염 후 탄화길이가 50mm일 때까지 연소가 지속될 때의 산소유량과 질소유량을 측정하여 산소지수 계산법에 의해 계산한다.

 

섬유류가 연소가 지속되기 위해 산소가 얼마나 필요한지 알아보는 것이다.

다. 어떤 의미인가?

어떤 물질을 연소시킬 때 산소 소모량이 작다는 의미는 해당 물질이 가연성이 높은 재료임을 말하는 것이고, 산소 소모량이 많다고 하는 것은 해당 그물질이 난연성이라는 것을 의미한다. 이를 바탕으로 섬유류와 같은 고분자 물질에 방염처리를 함으로써 연소할 때 산소를 많이 필요로 하는 제품을 생산하여 적용하기 위함이다. 따라서 한계산소지수를 알려고 하는 이유는 고분자 물질에 산소 소모량 또는 최소 산소 함량을 알아봄으로써 방염 및 난연 기술을 적용하는 것이다.

 

 

최소산소농도(MOC)와는 어떻게 다른가?

LOI(Limited Oxygen Index)라고 부르는 한계산소지수와 비슷한 의미로 사용하는 것이 있다. 최소산소농도를 의미하는 MOC(Minimum Oxygen Concentration)이다. 사실 LOI와 MOC의 의미는 거의 같은 개념이라고 볼 수 있다.

다만, 최소산소농도 MOC는 가연성 기체가 연소를 지속할 수 있는 최소한의 산소 농도를 말하는 것이고, 한계산소지수 LOI는 섬유류나 플라스틱과 같은 고분자 물질이 연소를 지속할 수 있는 산소 농도를 말하는 것이다. 즉, 측정하고자 하는 대상이 기체나 고체냐로 구분되어 적용한다고 생각하면 편리하다.

LOI를 산출하는 방법

한계산소지수의 정의를 설명할 때 공기 중 필요한 산소 부피량이라는 용어를 사용하였다. 여기서 공기는 산소와 질소의 혼합기체이므로 이를 계산 공식에서는 다음 그림과 같이 설명하고 있다. 계산을 위해서는 한계산소지수 측정 방법에 의하여 측정된 산소 체적(%)과 질소 체적(%)이 필요하다.

 

LOI 구하는 방법

한계산소지수(LOI) 값을 해석하는 의미를 알아보자.

가. 한계산소지수가 높다.

섬유류의 내연성을 이야기 할 때 한계산소지수를 사용한다. 한계산소지수는 섬유류 자체가 함유하고 있는 산소량을 의미하는 것이 아니다. 섬유류가 연소할 때 필요한 산소 공급원의 필요량을 나타내는 것이다. 따라서 한계산소지수가 높다는 이야기는 연소가 지속되기 위해서는 평상시 대기 중의 산소 함유량 21%가 아닌 그 이상의 산소량이 필요하다는 의미이다.

 

나. 한계산소지수 21을 기점으로

LOI가 21보다 작다는 것은 공기 중에서 연소가 가능하다는 것을 말한다. 산소와의 친화력이 좋아서 계속 연소가 가능하다는 것을 의미한다. 반대로 LOI가 21보다 크다는 것은 일반적으로 공기 중에서는 타기 어려운 섬유라는 것을 의미한다. 열원을 제거하면 연소가 진행되지 않고 중단될 확률이 높은 제품이라는 것이다.

 

한계산소지수를 어디에 사용하는가?

가. 화재안전기준에서 난연 성능을 규정하는데 사용하였다.

지하구에 설치하는 연소방지설비의 화재안전기준(NSSC 506)이 시행될 때 제7조(연소방지도료의 도포)에서 연소방지도료의 산소지수를 평균 30이상으로 하고, 난연테이프는 산소지수를 평균 28 이상으로 하게 하였다. 그러나 해당 화재안전기준 2021.1.15.일 지하구의 화재안전기준(NFSC 605)으로 개정되면서 한계산소지수에 대한 내용과 산소지수의 계산법은 없어졌다. 개정되어 삭제된 화재안전기준을 언급한 이유는 한계산소지수가 국가 화재안전기준의 난연 성능에 적용되었다는 것을 살펴보기 위함이다.

 

나. 고분자 재료의 난연 및 방염 성능을 측정하는데 사용한다.

건축물에 대해서는 실내 장식물의 불연화를 추구하고 있지만, 커튼이나 카페트 등 불가한 부분에 있어서는 방염처리 할 것을 규정하고 있다. 따라서 해당 제품의 한계산소지수 검사를 통해 방염도 적용시키고자 하는 것이다. 즉, 한계산소지수는 섬유류와 같은 고분자 재료의 난연 성능 측정 또는 방염성능 측정기준으로 삼고 있다.

일반섬유의 한계산소지수(LOI)는 17%이다. 또한, 최근 설치되고 있는 CPVC의 LOI는 60%로 화열에 의해 쉽게 연소되지 않고 탄화되는 성질을 통해 수계 소화설비의 배관으로 도입되고 있다.

 

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